例說中學化學教學中開放性問題的設計

楊衛國

摘要：闡述了中學化學教學中開放性問題設計的意義及4個不同的開放水平層次；結合多個案例，介紹了開放性問題的設計方法及其實施過程中需關注的要點。

關鍵詞：中學化學教學；開放性問題設計；開放水平層次

文章編號：1005–6629（2013）8–0067–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

開放性問題是指那些條件不完整或結論不確定或解決方法不受限制的問題[1]。在化學課堂教學中，讓學生參與提出和解決化學開放性問題的過程，既有利于拓展學生的思路，充分發揮其想象力，又有利于調動學生參與解決問題的主動性，充分發揮其主體作用。這二者是讓學生感悟解決化學問題的一般方法和養成熱愛化學的積極情感的有效途徑之一。

已有的關于開放性問題設計的研究主要集中在開放性問題的設計方法及怎樣引領學生解決開放性問題等領域。實際上，開放性問題設計的基礎是要搞清楚問題的開放方向以及問題開放的不同水平。本文主要就化學教學中對問題的開放方向及開放水平兩個方面進行探究，其結果可以使師生在進行開放性化學問題設計的過程中有更加明確的思路，也更加得心應手。所以，研究本問題的意義在于為大家提供一種化學開放性問題的設計思路。

開放性問題設計可以在問題本身、解決問題的方案、問題的答案3個方向上進行[2]，同時又可以根據開放方向數目的不同分為不同的開放水平（見下表）：

從上表可以看出，化學開放性問題從一水平開始至四水平，其開放的程度逐漸增大，問題解決的過程中所要考慮的因素逐漸增加，因而問題設計與解決的難度也有所加大。下面我們通過案例來說明化學開放性問題的設計：

1 一水平的開放性問題設計

該水平的化學開放性問題設計的關鍵是設計者所提出的問題在解決的方法上具有一定的迷惑性，而解決問題的方法本身是唯一的[3]。

案例：取研細的 KClO3、I2 各 0.02 mol 置于錐形瓶中，在不斷搖動的情況下，慢慢加入濃鹽酸，直到 I2 完全消失，沒有黃綠色氣體產生。將錐形瓶置于冰水中，有橙紅色晶體A生成，剩余溶液中只檢出K+和Cl-，試確定A的化學式。

上述問題初看起來沒有明確的解決方法，比較難下手，它要求解決者對氧化還原反應的有關概念以及相關問題的解決方法比較熟悉，進而利用氧化還原反應中電子得失守恒的方法去解決。具體方法如下：

根據題意，KClO3中的Cl完全轉化為Cl-，此過程為得電子過程。而通過分析，化合價升高、失去電子的是I2。設生成物A中I的化合價為+x價，則可根據電子得失守恒原理立出等式：0.02×6=0.02×2×x，x=3，可得A為ICl3。

2 二水平的開放性問題設計

此類問題的設計主要是引導學生用不同的方法去解決問題，即我們平時所說的一題多解，其意義是讓學生從不同的視角去分析和解決問題，但其答案是唯一的。

案例：l atm、20℃的條件下，將a mol H2S和1 mol O2混合點燃完全反應，產物中部分是SO2，部分是S，求所生成SO2的物質的量。

解此題方法很多，例如：

方法一（關系式法）

設生成產物中SO2的物質的量為x mol，

2H2S+3O2=2SO2+2H2O ①

2 3 2

x x x

此水平的開放性問題設計較前者而言，它不僅要求學生從不同的角度去分析和解決問題，而且解決問題的結果可以是多個，這就對問題的設計者提出了較高的要求，他需要對問題的解決方案和結果作出統籌安排。

案例：（2009年上海高考題）實驗室將9 g鋁粉跟一定量的金屬氧化物粉末混合形成鋁熱劑。發生鋁熱反應之后。所得固體中含金屬單質為l8g，則該氧化物粉末可能是（ ）

A. Fe2O3和MnO2 B. MnO2和V2O5

C. Cr2O3和V2O5 D. Fe3O4和FeO

粗看起來，上題的解決方法并不難，可以首先計算出足量的不同金屬氧化物跟9 g鋁粉反應時得到金屬單質的質量，然后根據各選項中金屬氧化物的不同組合，發現：（1）組合中的兩種金屬氧化物分別跟9 g鋁粉反應得到金屬單質的質量都多于18 g；（2）組合中兩種金屬氧化物分別跟9 g鋁粉反應得到金屬單質的質量都少于18 g；（3）組合中一種金屬氧化物跟9 g鋁粉反應得到金屬單質的質量少于18 g，而另一種金屬氧化物跟9 g鋁粉反應得到金屬單質的質量多于18 g。一般認為（3）組合就是我們所需要的答案，因為兩者的平均值可能為18 g，故選擇答案A。在此，A是一個正確的答案。事實上，當年大多數高考考生就是沿用了這樣的思路，選擇了同樣的答案。但是如果我們換一種思維方式，當組合中金屬氧化物都少量的情況下，（1）組合也是正確的答案，因為既然金屬氧化物少量，則鋁粉不完全反應。那么可以設想：當鋁粉完全不反應時得金屬9 g；當鋁粉完全反應時得金屬多于18 g。此兩種情況的平均值也可能是18 g。所以本題正確答案為A、D。

4 四水平的開放性問題設計

該水平的化學開放性問題，是一類開放性最強的問題，它的控制條件很少，所以可能解決方法和答案也就很多。

案例：請寫出符合分子式C4H8O3的可能有機物物質。

竟要求寫出物質的名稱，還是結構式，還是結構簡式；其解決問題的途徑也是不確定的，此有機物究竟是羥基酸，還是羥基酯，還是環多元醇，或是多羥基醛，或是多羥基酮，等等；因而其答案有很多。

5 混合水平的開放性問題設計

混合水平的化學開放性問題是指該問題本身包含多個開放性水平不同的問題，此類問題一般較大，設計時需要考慮清楚哪些地方要控制條件、哪些地方要充分開放，使問題既開放適度，又能充分調動學生的發散性思維。

案例：現有甲、乙、丙、丁四位同學分別利用下列已有的裝置設計實驗：

（1）甲同學用加熱（NH4）2SO4固體及消石灰混合物的方法制取一瓶干燥的氨氣，多余的氨氣用固體磷酸吸收（如需其他試劑可自選），請選擇所用裝置的編號（按由左到右的順序填寫） 。

（2）乙同學用濃氨水制取一瓶干燥的氨氣，多余的氨氣用水吸收（如需其他試劑可自選），請選擇所用裝置的編號（按由左到右的順序填寫） 。

（3）丙同學采用上述裝置制取一瓶干燥的氨氣，多余的氨氣用水吸收（如需其他試劑可自選），請選擇所用裝置的編號（按由左到右的順序填寫） 。

（4）丁同學采用上述裝置制取一瓶干燥的氣體，請選擇制取和收集裝置的編號 。

我們可以很明顯地看出：

（1）甲同學所設計的實驗其開放性屬于零水平。因為其問題是已知的，方案是唯一的，答案也是唯一的，其答案是 AFGE （這里需要注意的是G中氣體應該短進長出）。

（2）乙同學所設計的實驗其開放性屬于三水平。因為其問題是已知的，方案是多樣的，其發生裝置可以用B（加熱濃氨水法），也可以用C（將濃氨滴加到CaO固體中），多余氨氣的吸收可以用E裝置，也可以用F裝置（使用F裝置的前提是向其中另外加入了一定量的CCl4液體將導管口浸沒，從而可以防止液體的倒吸）。因而其答案也是多樣的，其答案是 BFGE、CFGE、BFGD、CFGD 。

（3）丙同學所設計的實驗其開放性也是屬于三水平。因為其問題是已知的，方案是多樣的，制取氨氣可用A裝置，也可用B裝置或C裝置。如（2）所述 ，氨氣的吸收可以用E裝置，也可以用D裝置，所以答案有多種（略）。

（4）丁同學所設計的實驗其開放性屬于四水平。因為首先其問題是未知的——不知道究竟要制取什么氣體，而制取不同氣體時所采用的方案是不同的，常見的方案有固-固加熱法、液-液加熱法、固-液加熱法、固-液不加熱法等等，因而其答案是多樣的。所以本題無論從問題本身還是從解題方法或是從答案來看，都是開放性的（答案略）。

鑒于目前中學化學教學實際和大多數學生的能力水平，在教學實踐中我們較多地使用“二水平”、“三水平”的開放性問題，對于“四水平”的問題在教學中一定要恰當而有限制地使用，以防開放性過強、過多給教學帶來負面影響。

在化學教學中，從開放性問題的解決過程中可以訓練學生的發散性思維能力，但在開放性問題的設計中，要充分考慮學生已有的知識經驗和智力水平，使問題的開放水平與學生的知識經驗和智力水平相匹配，這樣才能收到理想的效果。

參考文獻：

[1]岑惠燕.開放性問題的設計技巧[J].新課程（綜合版），2011，（11）：31～33.

[2]沈翔.開放性問題設計的幾個要點[J].數學通訊，2001，（7）：18～20.

[3]卲正華.語文教學中開放性問題的設計[J].現代語文，2011，（8）：12～15.